Corso di Concetti base di programmazione

Corso di
Concetti base di programmazione
Master in Sviluppo di Applicazioni Web, Mobile e Social Media
@parallelitSalvatore Cordiano
#masem

Reggio Calabria, 4 aprile 2014
2
Salvatore Cordiano
s.cordiano@posytron.com
salvatorecordiano
@parallelit
fb.com/salvatorecordiano

3
Sommario
• Che cos’è l’informatica?

• Architettura dei calcolatori

• Deﬁnizione di algoritmo

• Breve storia sulla programmazione

• Diagrammi di ﬂusso

• Concetti generali dei linguaggi di programmazione

• Introduzione alla programmazione web

4
Che cos’è l’informatica?
Informatica: informazione + automatica.

Disciplina che studia l’elaborazione automatica delle informazioni.

Deﬁnizione: Scienza della rappresentazione, memorizzazione, elaborazione
e trasmissione dell’informazione.

!
!
!
!
!
L’informatica ha due anime:

• tecnologica: studia i calcolatori elettronici e i sistemi che li utilizzano;

• metodologica: studia i metodi per la soluzione di problemi e la gestione
delle informazioni.

5
Architettura dei Calcolatori

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Architettura dei Calcolatori
• CPU: CU, ALU, registri.

• I/O: input, output.

• Memoria principale: memoria di lavoro ad accesso rapido.

• Memoria secondaria: contiene informazioni a lungo termine (memoria non
volatile, conserva informazione anche dopo lo spegnimento del computer,
es. Disco Rigido, dvd-rom, cd-rom, ﬂoppy disk).

• Bus: comunicazione tra le unita’ (dati/indirizzi/comandi).

7
La CPU
La Central Processing Unit (CPU) contiene:

• Registri: speciali locazioni di memoria

• L’unità controllo: preleva le istruzioni da eseguire dalla RAM e le
esegue, legge e scrive da/sui registri

• L’Arithmetic Logic Unit (ALU): esegue operazioni aritmetiche e logiche

!
Contiene ﬁno a 5 miliardi di transistor che funzionano in modo sincrono,
regolati da un segnale detto clock.

!
La CPU può eseguire poche e semplici operazioni.

8
Architettura stratificata
Le istruzioni comprensibili dalla CPU sono troppo elementari per essere
utilizzate in modo semplice.

Nell’architettura stratificata ogni strato “comprende” istruzioni ottenute
combinando le istruzioni degli strati inferiori.

I diversi strati sono progettati e realizzati da figure professionali con
diverse competenze.

9
Che cos’è la programmazione?
Programmare: fare un programma. Sinonimo: pianiﬁcare.

Programma: esposizione ordinata e particolareggiata di ciò che si vuole o
deve fare.

Programmare un calcolatore: fornire al calcolare una sequenza di
istruzioni da eseguire.

Programma per calcolatore: sequenza di istruzioni, rappresentate in un
apposito linguaggio, che saranno eseguite dal calcolatore.
Perché risolverà per noi dei problemi.
Perché programmare un calcolatore?

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Che cos’è un problema?
• Situazione diﬃcile che deve essere superata; cosa o persona che
genera preoccupazione.

• Situazione che si frappone tra la realtà oggettiva ed un determinato
obiettivo o esigenza.

!
Problema in informatica: terna (I,S,R) dove I è l’insieme delle istanze, S
insieme delle soluzioni e R una relazione tra I ed S.

11
Problema: qualche esempio
• Calcolare la somma dei primi 5 numeri naturali.

• Calcolare il massimo comune divisore tra i numeri 4 e 14.

12
Risoluzione di un problema
Risolvere un problema signiﬁca conoscere l'intera relazione tra istanze e
soluzioni.

A tale scopo, occorre deﬁnire una sequenza di operazioni che a partire da
una qualunque istanza consente di ottenere la/e soluzione/i
corrispondente/i.

L’insieme delle istruzioni che consentono di risolvere il problema è detta
algoritmo.

13
Risoluzione di un problema: un esempio
• Calcolare la somma dei primi 5 numeri naturali.

!
Somma(5) = 1 + 2 + 3 + 4 + 5 = 15

14
Algoritmo

15
Algoritmo
Un algoritmo per la risoluzione di un problema è un insieme di istruzioni non
ambigue che eseguite su una qualunque istanza del problema produce una
sequenza ﬁnita di operazioni al termine delle quali si ottiene la soluzione
dell’istanza.

La parola “algoritmo” deriva da al-Khwarizmi, un matematico persiano che
nel IX secolo scrisse il primo libro in cui venne descritto come risolvere in
modo sistematico le equazioni di primo e secondo grado.

!
Proprietà dell’algoritmo:

• Non ambiguità: interpretazione univoca delle operazioni.

• Eseguibilità: ogni istruzione deve essere eseguibile.

• Finitezza: i passi indicati dall’algoritmo sono ﬁniti.

16
Programma
La deﬁnizione di algoritmo prescinde dal linguaggio usato per descriverlo
e dall’entità esecutrice.

Per fare eseguire un algoritmo ad una macchina occorre descriverne le
istruzioni in un linguaggio comprensibile dalla macchina: scrivere un
programma.

Il linguaggio utilizzato è detto linguaggio di programmazione.

17
Albori della programmazione

18
Durante la Seconda Guerra Mondiale nascono le prime macchine elettriche
programmabili.

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ENIAC (Electronic Numerical Integrator and Computer) anno 1946, 480 k$, 18.000 valvole, 180 mq, 30
tonnellate, 200 kW.

Programmato mediante schede perforate.

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Il concetto di programma prescinde dalla natura elettronica della macchina.

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Ada Lovelace, primo “programmatore” della storia. Nel 1842 scrisse un “programma” per il calcolo dei numeri
di Bernoulli con la macchina analitica di Babbage.

20
Il concetto di programma prescinde anche dalla natura matematica del
problema.

Nel 1801 Joseph-Marie Jacquard inventò un telaio in grado di eseguire
disegni, guidato da un “programma” presente su schede perforate.

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Rappresentazione degli algoritmi
Linguaggi informali Linguaggio naturale
Linguaggi semi-formali
Diagrammi di ﬂusso
Pseudo-codice
Linguaggi formali Linguaggi di programmazione

22
Diagrammi di ﬂusso

23
I diagrammi di ﬂusso
Sono uno strumento semplice per la rappresentazione graﬁca degli
algoritmi.

24
Esempio: un diagramma di ﬂusso
Calcolo del massimo comune divisore (MCD).

!
• Finchè M≠N

1. se M>N, sostituisci a M il valore di M-N

2. altrimenti sostituisci a N il valore N-M

• Il massimo comune divisore è M (oppure N), cioè il valore ﬁnale ottenuto
quando M ed N diventano uguali.

25

26

27
Gerarchia dei linguaggi
Livelli di astrazione dei linguaggi di programmazione (dal codice macchina
verso l’algoritmo).

Linguaggio macchina: linguaggio della CPU (dipende strettamente dal
calcolatore), le istruzioni sono codiﬁcate in binario.

Linguaggio assemblativo: linguaggio macchina tradotto in codice simbolico:
stesse istruzioni scritte in forma più comprensibile. Sempliﬁca la
programmazione in linguaggio macchina.

Linguaggio ad alto livello: è basato su costrutti più astratti; non richiede un
conoscenza dettagliata della macchina, in larga misura indipendente dalla
macchina usata. Una istruzione di alto livello corrisponde a più istruzioni in
linguaggio macchina. Esempi: C, Fortran, Pascal, C++, Java, PHP, etc.

28
Sviluppo dei linguaggi di programmazione
• Anni ’50: FORTRAN, Algol, Lisp

• 1960: Cobol

• 1964: BASIC

• 1970: Pascal, Prolog

• 1972: C

• 1983: C++

• 1991: HTML, Visual Basic

• 1995: Java, PHP

• 1996: ASP

29
Diﬀusione dei linguaggi di programmazione
TIOBE Index for March 2014, http://www.tiobe.com/index.php/content/paperinfo/tpci/index.html

30
Elementi di linguaggi di programmazione
Lessico, sintassi e semantica.

• Lessico: insieme di termini appartenenti al linguaggio (parole chiave,
operatori, interpunzione).

• Sintassi: insieme di regole che determinano la correttezza grammaticale di
una frase.

• Semantica: signiﬁcato di una frase.

!
Esempio:

• <frase> —> <soggetto> <predicato> <complemento>

• Marco gioca a calcio

• Per esprimere concetti sensati, le frasi devono essere corrette sia
sintatticamente che semanticamente.

31
Variabili e tipi

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Le variabili e i tipi
Una variabile rappresenta un insieme di dati memorizzati e modiﬁcabili
durante l’esecuzione di un programma.

Una variabile ha un nome, che serve per accedere ai valori memorizzati.

Nei linguaggi tipizzati, una variabile è associata ad un tipo:

• booleano (boolean)

• intero (int)

• decimale (double)

• carattere (char)

• stringa (String)

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Costrutti comuni ai linguaggi di programmazione
Un costrutto è una struttura sintattica.

Tutti i linguaggi di programmazione (imperativi e ad alto livello) deﬁniscono
costrutti simili:

• Sequenza

• Alternativa

• Iterazione

• Procedura/Funzione

!
Faremo una panoramica dei principali costrutti in pseudo-codice.

34
if then else
E’ il costrutto basilare per la selezione del ﬂusso del programma.

Consente una selezione “semplice (tra due alternative).

!
if (condizione) !
{ !
! costrutto!
} !
else !
{!
! costrutto!
}

35
if then else
Se la condizione non si veriﬁca è possibile anche non far nulla.

!
if (condizione) !
{ !
! costrutto!
}

36
if then else: un esempio
leggi a;!
if (a<0) !
{ !
! b = -a;!
} !
else !
{!
! b = a;!
}!
scrivi b;

37
switch case
E’ il costrutto per la selezione tra più di due possibilità.

!
! ! switch (espressione) !
! ! {!
! ! ! case valore1: costrutto !
! ! ! case valore2: costrutto!
! ! ! ...!
! ! ! case valoren: costrutto!
! ! }

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switch case: un esempio
E’ il costrutto per la selezione tra più di due possibilità.

!
switch (stato semaforo) !
{ !
! case rosso: fermati; !
! case giallo:!
! ! if (riesci a passare subito) { !
! ! ! passa;!
! ! } else {!
! ! ! fermati;!
! ! } 
! case verde: passa;!
}

39
while
Consente di eseguire ripetutamente un blocco di istruzioni ﬁntanto che è
vera una condizione.

!
while (condizione) !
{ !
! costrutto!
}

40
while: un esempio
!
leggi a; !
leggi b; !
c = 0; 
while (b>0) !
{!
! c = c+a;!
! b = b-1;!
}!
scrivi c;

41
do while
E’ come il while, ma esegue sempre almeno una volta il blocco di istruzioni.

!
do !
{!
! costrutto 
} while (condizione);

42
do while: un esempio
!
leggi a; !
leggi b; !
c = 0; 
do !
{!
! c = c+a;!
! b = b-1; 
} while (b>0); !
scrivi c;

43
for
Consente di eseguire ripetutamente un blocco di istruzioni sulla base di un
contatore.

!
for (inizializzazione; condizione; incremento) !
{ !
! costrutto!
}

44
for: un esempio
!
leggi a; 
leggi b; 
c=0; 
for (i=1; i<=b; i++) !
{!
! c = c+a;!
}!
scrivi c;

45
Le procedure/funzioni
I programmi “reali” sono tipicamente troppo complessi e lunghi e per
essere riletti agevolmente non possono essere scritti come blocco unico
di istruzioni.

Si utilizzano le procedure/funzioni (oggi più comunemente dette metodi).

Una procedura/funzione è un sotto-programma che svolge una sequenza
di operazioni signiﬁcativa (risolve un sotto-problema).

46
Le procedure/funzioni
!
function nome(parametri)!
{!
!! costrutto!
!! return valore;!
}

47
Introduzione alla programmazione Web

48
Deﬁnizione di web
Il World Wide Web, nel linguaggio comune abbreviato come “Web”, è un
servizio di Internet che permette di navigare ed usufruire di un insieme
vastissimo di contenuti (multimediali e non) collegati tra loro attraverso
legami (link), e di ulteriori servizi accessibili a tutti o ad una parte selezionata
degli utenti di Internet.

!
da Wikipedia

49
Altre definizioni
Protocollo: regole definite al fine di favorire la comunicazione tra una e più
entità.

Sistema client-server: indica un’architettura di rete nella quale
genericamente un computer client si connette ad un server per la fruizione di
un certo servizio, quale ad esempio la condivisione di una certa risorsa
hardware/software con altri client, appoggiandosi alla sottostante
architettura protocollare.

Uniform Resource Location (URL): una sequenza di caratteri che identifica
univocamente l’indirizzo di una risorsa in Internet.

!
da Wikipedia

50
Programmazione web
Lo scambio di informazioni tra i client (browser) ed i server avviene
attraverso un protocollo (http).

Il client “invoca” una risorsa (URL, Uniform Resource Location).

Il server risponde con il contenuto della risorsa (o con un errore).

51
Programmazione web
I contenuti delle risposte sono tipicamente documenti html (HyperText
Markup Language).

I contenuti possono essere statici o dinamici:

• Contenuti statici: il documento html ottenuto dal server “puntando” ad un
determinato URL è sempre lo stesso.

• Contenuti dinamici: il documento html ottenuto dal server “puntando” ad
un determinato URL viene ottenuto attraverso una elaborazione speciﬁca,
il cui risultato può cambiare di volta in volta.

La programmazione web consiste nello scrivere programmi che vengono
eseguiti (sul server) alla ricezione di richieste attraverso il web e generano
contenuti da restituire attraverso il web (al client).

52
Esempio di pagina HTML statica
!
<html>!
! <head>!
! ! <title>Pagina HTML statica</title>!
! </head>!
! <body>!
! ! Questo è un esempio di pagina statica.!
! ! Puoi ricaricarla quante volte vuoi, ma il risultato
! ! sarà sempre lo stesso.!
! </body>!
</html>

53
Esempio di pagina HTML statica
Il contenuto di una pagina html è sempre racchiuso tra i tag<html> e </
html>.

Per ogni tag che si apre ce ne dev’essere sempre uno chesi chiude, fatta
eccezione per i tag a contenuto vuoto, per i quali è possibile usare un tag
che fa contemporaneamente da apertura e da chiusura.

Quando il client richiede il documento dell’esempio, il serverlo invia così
com’é, senza alcuna elaborazione.

54
Esempio di pagina HTML dinamica (PHP)
!
<html>!
! <head>!
! ! <title>Pagina HTML dinamica</title>!
! </head>!
! <body>!
! ! Questo è un esempio di pagina dinamica.!
! ! Ogni volta che la ricarichi aggiorna l’ora.!
! ! Sono le <?php echo date(‘H:m:s’); ?>!
! </body>!
</html>

55
Elaborazioni server-side
Quando il client richiede il documento dell’esempio il server:

• invia al client la parte di ﬁle html cos’ì com’è;

• elabora la porzione compresa tra <?php e ?> e sostituisce tutta la
porzione compresa tra <?php e ?> con il risultato dell’elaborazione (nel
caso speciﬁco, l’ora).

L’orario è ogni volta elaborato dal server (elaborazione server-side).

Il linguaggi per la programmazione server-side sono svariati, ma il contenuto
inviato al client sarà sempre in formato html.

56
Elaborazioni client-side
In alcuni casi è necessario poter effettuare delle elaborazioni all’interno del
browser (lato client).

Ad esempio, nel caso di validazione di un modulo (form) può essere utile
effettuare una validazione della corretta compilazione dei campi sul client
prima di inviare la richiesta al server.

L’HTML non consente di effettuare elaborazione di dati, si ricorre in questi
casi al linguaggio JavaScript.

57
Bibliograﬁa
• Informatica di base. McGraw-Hill.

• Materiale didattico delle lezioni di Concetti base di programmazione del
prof. Giuseppe Massimiliano Mazzeo (UNICAL).

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